近年来，光伏、电动汽车、5G通讯和移动电子领域的大爆发，为器件的散热带来了越来越高的要求。导热界面材料是一种典型的导热材料，可广泛涂覆于各种电子产品、动力电池、电器设备中的发热体（功率管、可控硅、电热堆等）与散热器（散热片、散热条、壳体等）之间的接触面，起传热媒介作用，同时还具备防潮、防尘、防腐蚀、防震等性能。不过由于各领域实际散热需求和其他功能需求各不相同，对于导热界面材料的要求也存在一定差异。以下将盘点导热界面材料的几大热门应用领域的要求差异

来源：AUTO行家

1、新能源动力电池

动力电池作为新能源汽车的主要动力源，其续航里程的提升需要在一定的空间内布置尽可能多的电芯，这导致动力电池内的散热空间非常有限，在车辆运行时，电芯产生的热量会逐渐在狭小的散热空间内积聚，轻则降低电池的充放电效率，影响电池的功率；严重则还会导致热失控，影响系统的安全性和寿命。因此，需要采用具有一定导热性能的导热灌封胶实现电芯之间的灌封，以及电芯模块组整体与散热板之间的灌封。由于新能源动力电池，动力电池电芯的最佳工作温度带很窄，一般为20-40°C之间，小于65℃，要保障汽车运行安全和最佳的电池工作性能，一般要求导热胶灌封胶的热导率达到3W/(m·K)以上，除此之外，电池导热胶还需具备低密度，抗震，阻燃和耐85老化等性能，以满足电池高质量密度和高安全可靠性的核心需求。

导热灌封胶在新能源动力电池中的应用（来源：诺之泰实业有限公司）

2、光伏逆变器

随着全球对可再生能源需求的日益增长，光伏产业快速发展，光伏逆变器作为太阳能光伏发电系统中的核心部件之一，可以将光伏发电系统产生的直流电转换为生活所需的交流电。光伏逆变器的主要散热元件为IGBT和逆变电感，它们在运行过程中产生大量热，这部分热量会使功率器件管芯发热、结温升高，将导热灌封胶填充于逆变电感，IGBT模块和壳体之间，能够有效地降低设备内部温度，提高设备的稳定性和可靠性。

一般而言，光伏逆变器的导热系数要求为不低于2.0W/mK，耐电压不低于5kV/mm。同时，为了保护控制电路板和元件免受外界环境和机械力的影响，保护电路的安全和稳定，应用于光伏逆变器的导热灌封胶还要求具有一定的抗震、抗冲击、防尘、耐紫外线、防水防潮、绝缘等性能。此外，由于光伏系统的寿命一般在20年左右，对应用于光伏逆变器的导热胶寿命要求也较高，通常使用寿命要求在8年以上。

光伏逆变器（来源：聚力新材料）

3、5G基站

基站是典型的封闭式自然散热设备，其散热方式是让功率器件的热量先传到外壳，再由外壳传导到空气。为了减小外壳与内置功率器件的热阻，需要借助导热胶填充于其中，构建良好的散热路径，提升5G基站产品的稳定性和可靠性。考虑到5G基站的电子设备加工属性，往往采用点胶工艺进行施工提升自动化效率，因此需要将导热胶制备成具有低应力、高压缩模量的凝胶状态。

相比4G基站，5G基站内置的天线振子从10-40个增加到了128-256个，功放、射频、数字芯片要处理的数据量呈现爆炸式增长，随之产生的“废热”也跟着飙升，因此5G基站应用的导热凝胶要求具有极高的热导率（> 5 W·(m·K)），此外由于基站的工作环境较为复杂，导热凝胶需要具有耐高低温冲击、抗开裂以及不垂流的能力，以保证5G基站产品实现更好的稳定性和可靠性。

珠穆朗玛峰上的5G基站（来源：东方ic）

4、芯片封装、散热

如今，人工智能、物联网等的崛起，芯片的算力需求增长颠覆想象，面对日益庞大的算力集群，芯片需要在较小范围内进行大量堆叠，保证芯片间的信息传输速度足够快。目前，常采用倒装焊的封装方式代替传统的引线焊接，以此提升芯片内的互连密度。

倒装焊芯片封装解构

来源：SEMI.《2020年中国半导体报告》

在这种封装内，导热胶主要应用于填充芯片与封装外壳、底部电路板之间的缝隙以及封装外壳与散热器之间的缝隙。

芯片与封装外壳、封装外壳与散热器之间的填充主要采用具有良好流变性能的导热硅脂，由于芯片的工作温度常达到60-70℃，芯片处所用的导热材料对于热导率要求非常高，需达到5 W·(m·K)以上，并要求具备低粘合层厚度、高柔韧性、高导热系数、低接触热阻、适当的热膨胀系数等基础性能。此外，为了保障电路安全，填充于芯片与封装外壳间的填充材料还需要具备电气绝缘性，芯片外部用于连接封装外壳与散热器的填充材料作为可分离界面，则一般没有电绝缘性能要求。

来源：深圳市星河达科技有限公司

而底部电路板与芯片之间的填充主要采用具有良好流动性和附着力的底部封装胶，以此缓解芯片与基板之间因热膨胀系数差异所造成的热应力失配，提高器件结构强度和可靠性，增强芯片和基板间的抗跌落性能，同时将部分热量传递到封装基板上。因此理想高性能底部填充材料需要具备良好的应同时具有一定的导热系数（>1.0 W/(m·K)）、高电阻率（>10¹²Ω·cm）、低黏度（298 K下< 20 Pa·s）、适当的热膨胀系数（25-30 ppm/K）、高玻璃化转变温度（>398K）、低介电常数（298 K和1 kHz下小于 4.0）和低的介电损耗因子（298 K和1 kHz时< 0.005）。

底填材料填充示意（来源：半导体全解）

小结

目前，导热界面材料已经在通讯、光伏、锂电、电子设备等领域取得了广泛应用，并呈现出全面开花的趋势。新兴应用领域的涌现对导热界面材料提出了更为多元化的要求，使其不再局限于仅在导热性能上的提升，而是朝着多功能性的方向发展，包括介电、绝缘、高可靠性、阻燃性等多个方面，以便能够更好地适应各个领域的具体需求，从而推动相关行业实现技术的进步和创新。

参考来源：

1、《导热胶在光伏、新能源和电子通讯领域的异同》.导热高分子材料

2、《导热灌封胶-光伏逆变器的得力助手》. 锐腾新材料

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